Klassischer Ionen-Kanal oder Transporter? : Mechanistische Studien zeigen das Hybrid-Verhalten des Formiat-Kanals FocA

Abstract

Das Schlüsselenzym der gemischten Säuregärung, die Pyruvat Formiat-Lyase (PFL), katalysiert die Bildung von Formiat-Ionen. Um die pH- und Formiat-Homöostase zu gewährleisten, wird das monovalente Anion der Ameisensäure bidirektional aus und ins Cytoplasma transloziert. In Escherichia coli übernimmt dies der pentamere Formiat-Kanal FocA, welcher zur Familie der Formiat-Nitrit-Transportern (FNTs) gehört. Wichtige regulatorische Funktion im Transport-Mechanismus nehmen die sich im zentralen, hydrophoben Teil der Pore befindenden Aminosäuren Threonin91 und Histidin209, sowie der N terminale Bereich von FocA ein. Letzterer trägt durch die Protein-Protein-Interaktion mit PFL zum gating bei. H209 ist essentiell für die Protonierung des Anions während dessen Aufnahme. Für den Formiat-Efflux wird ein Kanal-artiger Mechanismus postuliert. Für den Formiat-Influx hingegen wird aktiver Transport, welcher an die Aktivität des Formiat-Hydrogenlyase Komplexes (FHL) gekoppelt ist, vorgeschlagen.

The key enzyme of mixed-acid fermentation, pyruvate formate-lyase (PFL), catalyzes the formation of formate ions. To maintain pH and formate homeostasis, the monovalent anion of formic acid is effluxed from, and taken up into, the cytoplasm in a bidirectional manner. In Escherichia coli, this translocation is carried out by the formate channel FocA, a member of the pentameric formate-nitrite transporter (FNT) family. Threonine91 and histidine209, which are located in the central hydrophobic part of each pore, as well as the N-terminal domain of FocA, are confirmed to have a significant regulatory function in the translocation mechanism. The N-terminal domain of FocA interacts with PFL, which contributes to the gating mechanism. H209 is essential for anion protonation during import. Formate efflux is proposed to be by a channel-like mechanism. However, formate influx, which is linked with formate hydrogenlyase (FHL) activity, is hypothesized to exhibit active transport behavior.